Материал: Vasilyev_09_03_2017

Проверим вертикальные ребра опор на сжатие и устойчивость.

Напряжение сжатия в ребре при продольном изгибе:

,

где 2,24 – поправка на действие неучтенных факторов,

k₁ – коэффициент, определяемый по графику в зависимости от гибкости ребра λ,

,

где - гипотенуза ребра для опоры-лапы.

. Следовательно, k₁ = 0,375.

z_p = 2 – число ребер в опоре;

S₁ = 12 мм – толщина ребра;

b = 200 мм – вылет ребра;

- допускаемое напряжение для ребер опоры;

k₂ – коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при продольном изгибе k₂=0,4;

- условие выполняется.

Проверим на срез прочности угловых швов, соединяющих ребра с корпусом аппарата:

- общая длина шва при сварке;

- условие выполняется.

Конструкция опор-лап представлена на рис. 7.11.

Рис. 7.11. Конструкция опор-лап

7.4. Подбор штуцеров и люка

Подбор штуцеров и люков осуществляется в соответствии с внутренним диаметром корпуса аппарата D_вн = 2000мм.

Основные условные диаметры штуцеров для корпусов с эллиптической крышкой по ОСТ 26-01-1246-75 представлены на конструкции штуцеров (рис. 7.12).

В соответствии с внутренним диаметром аппарата выбираем люк с плоской крышкой и откидными болтами.

Основные размеры представлены на конструкции люка (рис. 7.13).

Рис. 7.12. Расположение штуцеров

Рис. 7.13. Люк с плоской крышкой

7.5. Расчет фланцевого соединения

1) расчетная температура

^оC,

^оC;0;

2) допускаемое напряжение

Материал для болтов 30ХГСА

3) толщина втулки фланца

4) высота втулки фланца

5) диаметр болтовой окружности для плоско приварных

,

где U – нормативный зазор между гайкой и втулкой, мм;

d_б – наружный диаметр болта, мм;

6) наружный диаметр фланцев

,

где а=47 - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланцев;

7) наружный диаметр прокладки

,

где е - нормативный параметр, зависящий от типа прокладки;

8) средний диаметр прокладки

,

где b - ширина прокладки;

9) количество болтов М36, необходимых для обеспечения герметичности соединения (d₁=31,7)

t_ш =3,4·39= 132,6 мм,

10) высота фланца ориентировочно:

,

11) болтовая нагрузка, необходимая для обеспечения герметичности соединения:

- равнодействующая внутреннего давления, действующая на один болт,

гдеP_p- расчетное давление, МПа.

F_р=1,3K_затF+ǽF – расчетная сила, действующая на один болт, Н.

Принимаем коэффициент затяжки К_зат=2.

Коэффициент внешней нагрузки ǽ=0,25.

F_р= 48307 (1,3·2+0,25)=137677Н.

Условие прочности:

МПа,

где d₁= 34,67 мм - внутренний диаметр резьбы М36.

Условие прочности: <[].

Материал болтов – сталь 35ХГСА (_т=1400МПа),

=145,7МПа<[]=700МПа - условие прочности выполняется.

Запас прочности n=2.

Остаточная затяжка стыка от одного болта достаточна для герметизации.

Конструкция фланцевого соединения представлена на рис.7.14.

Рис.7.14. Фланцевое соединение

Глава 8. Расчет корпуса химического аппарата

С УЧЁТОМ СЛОЖНОСТИ ФОРМЫ В СИСТЕМЕ APM WinMachine

APM WinMachine – CAD/CAE система автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования и конструкций в области машиностроения, разработанная с учетом последних достижений в вычислительной математике, области численных методов и программирования, а также теоретических и экспериментальных инженерных решений [24]. Эта система в полном объеме учитывает требования государственных стандартов и правил, относящихся как к оформлению конструкторской документации, так и к расчетным алгоритмам.

APM WinMachine обладает широкими функциональными возможностями для создания моделей конструкций, выполнения необходимых расчетов и визуализации полученных результатов. Использование этих возможностей позволяет сократить сроки проектирования и снизить материалоемкость конструкций, а также уменьшить стоимость проектных работ и производства в целом.

Система APM WinMachine включает:

- плоский параметрический чертежно-графический редактор;

- редактор для создания пространственных конструкций;

- инструменты автоматической генерации сеток конечных элементов с постоянным и переменным шагами;

- базовое расчетное ядро – модуль конечно-элементного анализа;

- базу данных и систему ее управления;

- модуль кинематического и динамического анализа рычажных механизмов;

- модуль расчета болтовых, сварных, заклепочных соединений, а также соединений деталей типа тел вращения;

- инструменты инженерного анализа деталей машин и механизмов с возможностью автоматической генерации чертежной документации [25,26].

Инструменты конечно-элементного анализа деталей и конструкций, имеющиеся в APM WinMachine, позволяют:

- подготовить к расчету модель конструкции с использованием стержневых, пластинчатых, твердотельных конечных элементов;

- указать места закрепления и приложить необходимые постоянные или переменные во времени нагрузки;

- проводить широкий спектр различных типов расчетов с целью определения распределения напряжений и их составляющих, линейных, угловых перемещений, деформаций, внутренних усилий, частот собственных колебаний и собственных форм, коэффициентов запаса по текучести или прочности материала, расчет температурных полей и термонапряжений в элементах конструкции;

- выполнить проверку несущей способности и автоматически подобрать оптимальное поперечное сечение стержневого элемента (по критериям прочности и устойчивости) из библиотеки стандартных сечений либо из библиотеки, подготовленной пользователем;

- подготовить проекционные чертежи модели конструкции в целом и отдельных ее деталей [27].

Для расчета с учетом сложности геометрии корпуса аппарата в системе APM WinMachine необходимы два модуля: APM Studio – для построения корпуса аппарата и генерации конечно-элементной сетки, и APM Structure3D – для проведения расчета напряжений и деформации корпуса аппарата [28].

8.1. Построение аппарата в APM Studio

Модуль APM Studio предназначен для создания и редактирования трехмерных моделей тонкостенных оболочек и твердотельных объектов, а также генерирование на основе полученной модели конечно-элементной сетки для последующей передачи ее для расчета в модуль APM Structure3D.

Основное окно (рис. 8.1) состоит из следующих элементов:

- строки меню;

- панели инструментов;

- строки состояния;

- дерева операций;

- области построения, на котором отображаются:

- оси глобальной системы координат,

- базовые координатные плоскости.

Рис. 8.1. Основное окно программы APM Studio

В дереве операций отображаются все объекты, созданные пользователем в модуле APM Studio. Корнем дерева операций является Деталь. Самым первым элементом дерева операций располагается узел Геометрия. Он содержит координатные плоскости, проходящие через начало координат, которые можно выбирать в качестве плоскостей эскизов. Далее идут сами объекты: эскизы, кривые, поверхности, твердые тела, а также перечень проделанных операций. Каждая поверхность или твердое тело, нарисованные в модуле APM Studio, обозначаются в дереве операций узлом. Находясь в режиме выбора, нужные элементы можно выбирать из дерева операций и выполнять над ними следующие операции: временно не отображать на экране (скрыть), переименовать, выделить, удалить, редактировать и т.д.

При переходе в режим Конечно-элементный анализ автоматически открывается новое дерево операций, в котором отображаются закрепления и нагружения, произведенные пользователем. С элементами этого дерева возможно проводить те же операции, что и с элементами дерева построения 3D модели.

Основные панели инструментов программы APM Studio:

Панель инструментов «Файл»

- создание новой поверхностной модели

- создание новой твердотельной модели

- открытие существующего документа

- сохранение проекта

Панель инструментов «Управление»

- режим выбора

- новый эскиз

- новый 3D эскиз

- обновить изображение

- создать конечно-элементную сетку

- передать конечно-элементную сетку в APM Structure3D

Панель инструментов «Эскиз»

Группа команд объектных привязок:

- включить/выключить объектные привязки

- контрольные точки

- центры окружностей, дуг, эллипсов

- середины линий, дуг

- квадрант